积分中值定理的推广及应用

第29卷第5期高师理科学刊V01.29No.52009正9月JournalofScienceofTeaehers’CollegeandUniversitySep.2009

文章编号:1007—9831(2009)05—0008—02

积分中值定理的推广及应用

谢焕田

(临沂师范学院数学系,山东临沂276005)

摘要:将积分中值定理条件中的连续函数推广到导函数,并利用Darboux定理作了详尽的证明,

典型例题说明推广后的定理在处理证明及积分求极限问题时非常简捷直观.

关键词:积分中值定理;导函数;Darboux定理

中图分类号:0172.2文献标识码:A

在微积分学中积分中值定理和微分中值定理一样有着重要的地位,因此得到了广泛的研究“~,但这些研究多是对函数定义域的讨论.本文将积分中值定理条件中的连续函数推广到导函数,并利用Darboux定理给出详尽的证明,典型例题说明推广后的定理不但完善了理论,而且具有很大的实际意义.

1导函数积分中值定理

引理1(Darboux)岬若函数f(x)在【a,b】上可导,且∥(口)≠∥(易),k为介于∥(口),f(6)之间的任一实数,则至少存在一点善∈(a,b),使得,7(善)=k.

引理2嗍若,’(x)为【口,易】上的非负导函数,且存在‰∈k,6】使f’(工o)>0,则必有f。,7(x)dx>0.首先给出连续函数的第一积分中值定理

定理1m若,与g都在【a,纠上连续,且g(x)在陋,b】上不变号,则至少存在一点孝∈【a,易】,使得e,@)g(x)dx=,(孝)艮(x)dx(当g(x)兰1时,即为原积分中值定理x

将定理1中的连续函数替换为导函数,存在区间由闭区间改为开区间,可得定理2.

定理2若,’(x)为【a,b】上的导函数,g(x)为【以,b】上的连续函数,且g(x)在【a,b】上不变号,则至少存在一点孝∈(以,易),使得亡,’(x)g(x)dx=f’(孝)fg(力出.

证明不妨设g(x)≥0,f’(x)在【a,b】上的最大值和最小值分别是M,m,其中:M可以取+∞;m可以取—∞;在口点取∥(口);在b点取∥(易).令,=I“g(z)血≥0,又mg(x)≤f’(x)g(z)≤Mg(x)(x∈【以,b]),则有,,lf69@)drf?,’(石)g(x)出≤MfX(x)出.

当,=0或m=M时,任取孝∈(a,b)均可.

1.‘

当,>0或m<M时,令“=÷I“厂’(x)g(x)dx(m≤“≤M).

当m<u<M时,由Darboux定理,至少存在一点孝∈(a,b),使,’(孝)=U.

当m=u<肘时,利用反证法证明存在f∈(a,b),使得f’(乎)=14.

若对一切的z∈(口,b)有f’(z)一“>0且Jr=rg(z)血>0,则g(x)为【口,b】上不恒为零,即存在Xo∈【口,6】,使g(x。)>0.由连续函数的保号性存在‰的邻域(zo一民粕+万)(当‰=a或xo=b时,则

’收稿日期:2009-04—10

基金项目:国家自然科学基金项目(10901076)作者简介:谢焕田(1982一),男,山东临沂人,助教,硕士,从事偏微分方程数值解研究.E-mail:xiehuantian@163.com

万 方数据

第5期谢焕田:积分中值定理的推广及应用9为右邻域或左邻域),使得对于任意工∈(x。一万,Xo+万),有g(x)≥坠岩>0,则二

e(,b)一“)g(z)出>e(,k)一“)g(工)出≥型笋嚣(,b)一“)dx.由引理2,可得联(,k)一H)血>0,从而有I“(,’(力一u)g(x)dx>0.

另一方面,0<亡(厂’(工)一u)g(x)dx=f6,’(石)g(x)dx一“亡g(x)出=ul—uI=0,出现矛盾,故原命题成立,即当m=u<M时,存在孝∈(a,b),使得.厂’(善)=U.

证毕.当m<u=M时,同理可证必存在孝∈(a,b),使得,’(孝)=U成立.

同理可证二阶导函数、n阶导函数对上述导函数的积分中值定理成立,只要把它们看成一阶连续导函数和n一1阶连续导函数的导函数,便可用同样的方法证得.

2定理的应用举例

逋过2个典型例题说l爿导幽甄积分甲但足埋朋应用.

例1设函数,(工)在陋,易】上二次可微,iY_明存在~点善∈(n,易),使得f”(善)=_兰|_・(扫一a)。如垆,(半)卜.

证明记‰=—a+rb,将被积函数在X=X0处按泰勒公式展开,得,(工)一f(Xo)=(工一Xo)f’(‰)+

ff;J竖二争蔓,一(77),其中77在x与‰之间.e(x-xo)f7(xo)dx=0,所以e(,(工)一,(戈。))出=j:垦弓芷厂。(77)出.

对厂”(77),由定理2得,存在孝∈(口,易),使得e(X--X0)2,”(刁)出=,”(孝)e@一‰)2出=丝{竽,”(孝),从而"④=尚酗矿,(半)卜.

参考文献:例2已知导函数,’(工)在【1,2】上有界,求证牌r,’@)e-X"dx=.o.证明导函数,’(z)在[1,2】上有界,所以存在正数M,对孝∈【1,2】,有I,’(孝)I<M.由定理2,存在孝。∈(1,2),孝:∈(1,2),使得ff’@)e-x"dx=,7(孝,)r,’@)e-X"dx=,’(矗)e一彭,从而有nliII】_---。or,’(工)e-X"dx=o.

【1]冯美强.关于积分中值定理的改进叨.北京机械工业学院学报,2007,22(4):40.43.

【2]钱明忠,葛仁福.积分中值定理邹谢J].四川理工学院学报:自然科学版,2006,19(1):29—32.

【3]赵经纬,王贵君.改进的第一积分中值定理及其应用【J].新疆师范大学学报,2007,26(2):110-113

[4]刘玉琏.数学分析讲义【明.北京:高等教育出版社,2003.

[5]华东师范大学数学系.数学分析[M】.北京:高等教育出版社,2001.

Theextensionandapplicationofintermediatevaluetheorem.ofintegral

XIEHuan—tian

(DepartmentofMathematics,LinyiNormalUniversity,Linyi276005,China)

Abstract:Extendedcontinuousfunctionintoderivedfunctioninintermediatevaluetheoremforintegral,andtheresultswasprovedindetailusingDarboux’Stheorem.Typicalexamplesshowntheresults

handingandprovingintegrallimitproblems.

Keywolds"-intermediatevaluetheoremofintegral;derivedfunction;Darboux’stheoremaresimpleandintuitivefor

万方数据 

积分中值定理的推广及应用

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

被引用次数:谢焕田, XIE Huan-tian临沂师范学院数学系,山东,临沂,276005高师理科学刊JOURNAL OF SCIENCE OF TEACHERS' COLLEGE AND UNIVERSITY2009,29(5)1次

参考文献(5条)

1.华东师范大学数学系 数学分析 2001

2.刘玉琏 数学分析讲义 2003

3.赵经纬;王贵君 改进的第一积分中值定理及其应用[期刊论文]-新疆师范大学学报 2007(02)

4.钱明忠;葛仁福 积分中值定理邹议[期刊论文]-四川理工学院学报(自然科学版) 2006(01)

5.冯美强 关于积分中值定理的改进[期刊论文]-北京机械工业学院学报 2007(04)

本文读者也读过(10条)

1. 谢焕田.XIE Huan-tian 积分中值定理的推广及应用[期刊论文]-重庆科技学院学报(自然科学版)2009,11(5)

2. 潘杰.黄有度.PAN Jie.HUANG You-du 积分中值定理的推广及其应用[期刊论文]-大学数学2007,23(4)

3. 刘俊先 积分中值定理的应用[期刊论文]-赤峰学院学报(自然科学版)2010,26(6)

4. 李海军 积分中值定理的应用以及加强[期刊论文]-科教文汇2007(21)

5. 朱碧.朱正军 第一积分中值定理的一些扩展及其应用[期刊论文]-考试周刊2009(37)

6. 潘新 对积分中值定理的推广与应用[期刊论文]-考试周刊2008(26)

7. 王东霞.李富强.WANG Dong-xia.LI Fu-qiang 关于积分中值定理的教学探讨[期刊论文]-平顶山工学院学报2005,14(5)

8. 王晶岩 积分中值定理的证明与应用[期刊论文]-中国新技术新产品2009(5)

9. 谭信民 积分中值定理的推广及在常微分方程中的应用[期刊论文]-韶关学院学报2003,24(12)

10. 朱碧.王磊 第二积分中值定理的一些推广及其应用[期刊论文]-考试周刊2008(30)

引证文献(1条)

1.颜雷 积分中值定理的应用研究[期刊论文]-科学与财富 2010(11)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gslkxk200905003.aspx

第29卷第5期高师理科学刊V01.29No.52009正9月JournalofScienceofTeaehers’CollegeandUniversitySep.2009

文章编号:1007—9831(2009)05—0008—02

积分中值定理的推广及应用

谢焕田

(临沂师范学院数学系,山东临沂276005)

摘要:将积分中值定理条件中的连续函数推广到导函数,并利用Darboux定理作了详尽的证明,

典型例题说明推广后的定理在处理证明及积分求极限问题时非常简捷直观.

关键词:积分中值定理;导函数;Darboux定理

中图分类号:0172.2文献标识码:A

在微积分学中积分中值定理和微分中值定理一样有着重要的地位,因此得到了广泛的研究“~,但这些研究多是对函数定义域的讨论.本文将积分中值定理条件中的连续函数推广到导函数,并利用Darboux定理给出详尽的证明,典型例题说明推广后的定理不但完善了理论,而且具有很大的实际意义.

1导函数积分中值定理

引理1(Darboux)岬若函数f(x)在【a,b】上可导,且∥(口)≠∥(易),k为介于∥(口),f(6)之间的任一实数,则至少存在一点善∈(a,b),使得,7(善)=k.

引理2嗍若,’(x)为【口,易】上的非负导函数,且存在‰∈k,6】使f’(工o)>0,则必有f。,7(x)dx>0.首先给出连续函数的第一积分中值定理

定理1m若,与g都在【a,纠上连续,且g(x)在陋,b】上不变号,则至少存在一点孝∈【a,易】,使得e,@)g(x)dx=,(孝)艮(x)dx(当g(x)兰1时,即为原积分中值定理x

将定理1中的连续函数替换为导函数,存在区间由闭区间改为开区间,可得定理2.

定理2若,’(x)为【a,b】上的导函数,g(x)为【以,b】上的连续函数,且g(x)在【a,b】上不变号,则至少存在一点孝∈(以,易),使得亡,’(x)g(x)dx=f’(孝)fg(力出.

证明不妨设g(x)≥0,f’(x)在【a,b】上的最大值和最小值分别是M,m,其中:M可以取+∞;m可以取—∞;在口点取∥(口);在b点取∥(易).令,=I“g(z)血≥0,又mg(x)≤f’(x)g(z)≤Mg(x)(x∈【以,b]),则有,,lf69@)drf?,’(石)g(x)出≤MfX(x)出.

当,=0或m=M时,任取孝∈(a,b)均可.

1.‘

当,>0或m<M时,令“=÷I“厂’(x)g(x)dx(m≤“≤M).

当m<u<M时,由Darboux定理,至少存在一点孝∈(a,b),使,’(孝)=U.

当m=u<肘时,利用反证法证明存在f∈(a,b),使得f’(乎)=14.

若对一切的z∈(口,b)有f’(z)一“>0且Jr=rg(z)血>0,则g(x)为【口,b】上不恒为零,即存在Xo∈【口,6】,使g(x。)>0.由连续函数的保号性存在‰的邻域(zo一民粕+万)(当‰=a或xo=b时,则

’收稿日期:2009-04—10

基金项目:国家自然科学基金项目(10901076)作者简介:谢焕田(1982一),男,山东临沂人,助教,硕士,从事偏微分方程数值解研究.E-mail:xiehuantian@163.com

万 方数据

第5期谢焕田:积分中值定理的推广及应用9为右邻域或左邻域),使得对于任意工∈(x。一万,Xo+万),有g(x)≥坠岩>0,则二

e(,b)一“)g(z)出>e(,k)一“)g(工)出≥型笋嚣(,b)一“)dx.由引理2,可得联(,k)一H)血>0,从而有I“(,’(力一u)g(x)dx>0.

另一方面,0<亡(厂’(工)一u)g(x)dx=f6,’(石)g(x)dx一“亡g(x)出=ul—uI=0,出现矛盾,故原命题成立,即当m=u<M时,存在孝∈(a,b),使得.厂’(善)=U.

证毕.当m<u=M时,同理可证必存在孝∈(a,b),使得,’(孝)=U成立.

同理可证二阶导函数、n阶导函数对上述导函数的积分中值定理成立,只要把它们看成一阶连续导函数和n一1阶连续导函数的导函数,便可用同样的方法证得.

2定理的应用举例

逋过2个典型例题说l爿导幽甄积分甲但足埋朋应用.

例1设函数,(工)在陋,易】上二次可微,iY_明存在~点善∈(n,易),使得f”(善)=_兰|_・(扫一a)。如垆,(半)卜.

证明记‰=—a+rb,将被积函数在X=X0处按泰勒公式展开,得,(工)一f(Xo)=(工一Xo)f’(‰)+

ff;J竖二争蔓,一(77),其中77在x与‰之间.e(x-xo)f7(xo)dx=0,所以e(,(工)一,(戈。))出=j:垦弓芷厂。(77)出.

对厂”(77),由定理2得,存在孝∈(口,易),使得e(X--X0)2,”(刁)出=,”(孝)e@一‰)2出=丝{竽,”(孝),从而"④=尚酗矿,(半)卜.

参考文献:例2已知导函数,’(工)在【1,2】上有界,求证牌r,’@)e-X"dx=.o.证明导函数,’(z)在[1,2】上有界,所以存在正数M,对孝∈【1,2】,有I,’(孝)I<M.由定理2,存在孝。∈(1,2),孝:∈(1,2),使得ff’@)e-x"dx=,7(孝,)r,’@)e-X"dx=,’(矗)e一彭,从而有nliII】_---。or,’(工)e-X"dx=o.

【1]冯美强.关于积分中值定理的改进叨.北京机械工业学院学报,2007,22(4):40.43.

【2]钱明忠,葛仁福.积分中值定理邹谢J].四川理工学院学报:自然科学版,2006,19(1):29—32.

【3]赵经纬,王贵君.改进的第一积分中值定理及其应用【J].新疆师范大学学报,2007,26(2):110-113

[4]刘玉琏.数学分析讲义【明.北京:高等教育出版社,2003.

[5]华东师范大学数学系.数学分析[M】.北京:高等教育出版社,2001.

Theextensionandapplicationofintermediatevaluetheorem.ofintegral

XIEHuan—tian

(DepartmentofMathematics,LinyiNormalUniversity,Linyi276005,China)

Abstract:Extendedcontinuousfunctionintoderivedfunctioninintermediatevaluetheoremforintegral,andtheresultswasprovedindetailusingDarboux’Stheorem.Typicalexamplesshowntheresults

handingandprovingintegrallimitproblems.

Keywolds"-intermediatevaluetheoremofintegral;derivedfunction;Darboux’stheoremaresimpleandintuitivefor

万方数据 

积分中值定理的推广及应用

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

被引用次数:谢焕田, XIE Huan-tian临沂师范学院数学系,山东,临沂,276005高师理科学刊JOURNAL OF SCIENCE OF TEACHERS' COLLEGE AND UNIVERSITY2009,29(5)1次

参考文献(5条)

1.华东师范大学数学系 数学分析 2001

2.刘玉琏 数学分析讲义 2003

3.赵经纬;王贵君 改进的第一积分中值定理及其应用[期刊论文]-新疆师范大学学报 2007(02)

4.钱明忠;葛仁福 积分中值定理邹议[期刊论文]-四川理工学院学报(自然科学版) 2006(01)

5.冯美强 关于积分中值定理的改进[期刊论文]-北京机械工业学院学报 2007(04)

本文读者也读过(10条)

1. 谢焕田.XIE Huan-tian 积分中值定理的推广及应用[期刊论文]-重庆科技学院学报(自然科学版)2009,11(5)

2. 潘杰.黄有度.PAN Jie.HUANG You-du 积分中值定理的推广及其应用[期刊论文]-大学数学2007,23(4)

3. 刘俊先 积分中值定理的应用[期刊论文]-赤峰学院学报(自然科学版)2010,26(6)

4. 李海军 积分中值定理的应用以及加强[期刊论文]-科教文汇2007(21)

5. 朱碧.朱正军 第一积分中值定理的一些扩展及其应用[期刊论文]-考试周刊2009(37)

6. 潘新 对积分中值定理的推广与应用[期刊论文]-考试周刊2008(26)

7. 王东霞.李富强.WANG Dong-xia.LI Fu-qiang 关于积分中值定理的教学探讨[期刊论文]-平顶山工学院学报2005,14(5)

8. 王晶岩 积分中值定理的证明与应用[期刊论文]-中国新技术新产品2009(5)

9. 谭信民 积分中值定理的推广及在常微分方程中的应用[期刊论文]-韶关学院学报2003,24(12)

10. 朱碧.王磊 第二积分中值定理的一些推广及其应用[期刊论文]-考试周刊2008(30)

引证文献(1条)

1.颜雷 积分中值定理的应用研究[期刊论文]-科学与财富 2010(11)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gslkxk200905003.aspx


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